專利名稱：一種陶瓷刀具材料及其制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及陶瓷刀具技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種陶瓷刀具材料及其制備方法。
背景技術(shù)：
Al2O3系陶瓷刀具材料以其優(yōu)異的物理力學性能和切削性能，在金屬切削特別是難加工材料加工領(lǐng)域得到了日益廣泛的應(yīng)用。但是，由于陶瓷刀具材料自身固有的脆性，致使其強度和韌性較低，這在一定程度上限制了它的進一步擴大應(yīng)用。目前，眾多學者圍繞其補強增韌問題作了大量研究，并已取得較大進展。對于顆粒增強Al2O3系陶瓷刀具材料，以TiC, TiN, TiB2、SiC以及WC等硬質(zhì)材料為增強相，通過各種增韌機制如裂紋偏轉(zhuǎn)、裂紋分支、裂紋橋聯(lián)、微裂紋及其協(xié)同作用等，使其力學性能得到較大改善。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種抗彎強度高、斷裂韌性大，硬度高，耐磨性能好，抗破損性能強的Al2O3系陶瓷刀具材料，該陶瓷刀具材料生產(chǎn)的陶瓷刀具切割更鋒利，切口更整齊，用于切削加工生產(chǎn)，能夠極大的提高切削速度，并提高抗破損性能約17% 21%。本發(fā)明的另一目的在于，提供一種陶瓷刀具材料的制備方法，以制作具有所述優(yōu)勢的陶瓷刀具，該方法制作工藝簡單，生產(chǎn)效率高，可大規(guī)模生產(chǎn)。為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供的陶瓷刀具材料組成成分包含Al2O3粉末、WC粉末、TiC粉末及稀土添加劑。所述Al2O3粉末的直徑可為O. 8 μ m ；WC粉末的直徑可為I. 5 μ m ；TiC粉末的直徑可為L 5 μ m。在上述本發(fā)明的配方中，稀土添加劑可為含釔稀土添加劑，其重量可占所述陶瓷刀具材料總重量的O. I % 1.0%。本發(fā)明提供的陶瓷刀具材料制備方法包括步驟I :將Al2O3粉末、WC粉末、TiC粉末混合，得到原料混合物；步驟2 向所述原料混合物中添加稀土添加劑；步驟3 :以無水乙醇為介質(zhì)，將混合有稀土添加劑的原料混合物經(jīng)濕式球磨100小時，得到料漿；步驟4 :將所述料漿經(jīng)真空干燥并在氮氣流中過篩，得到粉料；步驟5 :將所述粉料熱壓成型。在上述陶瓷刀具材料制備方法中，步驟I所述Al2O3粉末、WC粉末、TiC粉末的直徑可分別為 O. 8 μ m、I. 5 μ m、I. 5 μ m。所述稀土添加劑可為含釔稀土添加劑，其重量可占所述原料混合物總重量的
O.1% I. 0%。本發(fā)明所提供的陶瓷刀具材料的抗彎強度和斷裂韌性分別高達853MPa和6. 03MPam1/2，其抗彎強度和斷裂韌性明顯提高，相應(yīng)地，其抗破碎性能也更強。
具體實施例方式為進一步本發(fā)明所采取的技術(shù)手段及其效果，以下結(jié)合本發(fā)明的優(yōu)選實施例進行詳細描述。實施例I :選擇直徑為O. 8μπι Al2O3粉末、直徑為I. 5μπι WC粉末、直徑為I. 5 μ mTiC粉末作為原料混合配料，并向混合原料中添加重量百分比O. 4%的含釔稀土添加劑；以無水乙醇為介質(zhì)，將添加了稀土添加劑的混合物經(jīng)濕式球磨100小時，得到料漿；料漿經(jīng)真空干燥并在氮氣流中過篩，得到粉料；再將粉料熱壓燒結(jié)成型。采用3點彎曲法、壓痕法分別測定其抗彎強度、斷裂韌性，并通過洛氏硬度計Hv-120測量材料的硬度，測出其力學性能如下抗彎強度和斷裂韌性分別高達853MPa和6. 03MPam1/2，材料硬度為 19. IGPa0切削試驗在CA6140機床上進行，工件材料為淬硬45鋼，硬度44 46HRC。其中，斷續(xù)切削試驗采用專門夾具，切削時間比約為O. 15。所用刀具為上述材料制作的陶瓷刀具及未采用本發(fā)明陶瓷刀具材料制作的普通陶瓷刀具，刀具幾何角度為CO = -5b，AO = 5b，KS = -5b, Jr = 75b, bCliCOl = 0. 2mmi(-20b), rE = 0. 3mm(連續(xù)切削)，rE = 0. 6mm(斷續(xù)切削)，采用干式切削。試驗結(jié)果表明，采用本發(fā)明陶瓷刀具材料制作的陶瓷刀具與未采用本發(fā)明陶瓷刀具材料制作的普通陶瓷刀具相比抗破碎性能提高19%。實施例2 選擇直徑為O. 9μπι Al2O3粉末、直徑為1.4μπι WC粉末、直徑為1.5ymTiC粉末作為原料混合配料，并向混合原料中添加重量百分比O. 6%的含釔稀土添加劑；以無水乙醇為介質(zhì)，將添加了稀土添加劑的混合物經(jīng)濕式球磨100小時，得到料漿；料漿經(jīng)真空干燥并在氮氣流中過篩，得到粉料；再將粉料熱壓燒結(jié)成型。采用3點彎曲法、壓痕法分別測定其抗彎強度、斷裂韌性，并通過洛氏硬度計Hv-120測量材料的硬度，測出其力學性能如下抗彎強度和斷裂韌性分別高達850MPa和6. 04MPam1/2，材料硬度為 19. 2GPa。切削試驗在CA6140機床上進行，工件材料為淬硬45鋼，硬度44 46HRC。其中，斷續(xù)切削試驗采用專門夾具，切削時間比約為O. 15。所用刀具為上述材料制作的陶瓷刀具及未采用本發(fā)明陶瓷刀具材料制作的普通陶瓷刀具，刀具幾何角度為CO = -5b，AO = 5b，KS = -5b, Jr = 75b, bCliCOl = 0. 2mmi(-20b), rE = 0. 3mm(連續(xù)切削)，rE = 0. 6mm(斷續(xù)切削)，采用干式切削。試驗結(jié)果表明，采用本發(fā)明陶瓷刀具材料制作的陶瓷刀具與未采用本發(fā)明陶瓷刀具材料制作的普通陶瓷刀具相比抗破碎性能提高18%。實施例3 選擇直徑為O. 9 μ m Al2O3粉末、直徑為I. 6 μ m WC粉末、直徑為I. 7 μ mTiC粉末作為原料混合配料，并向混合原料中添加重量百分比1.0%的含釔稀土添加劑；以無水乙醇為介質(zhì)，將添加了稀土添加劑的混合物經(jīng)濕式球磨100小時，得到料漿；料漿經(jīng)真空干燥并在氮氣流中過篩，得到粉料；再將粉料熱壓燒結(jié)成型。采用3點彎曲法、壓痕法分別測定其抗彎強度、斷裂韌性，并通過洛氏硬度計Hv-120測量材料的硬度，測出其力學性能如下抗彎強度和斷裂韌性分別高達851MPa和6. 05MPam1/2，材料硬度為 19. IGPa0 切削試驗在CA6140機床上進行，工件材料為淬硬45鋼，硬度44 46HRC。其中， 斷續(xù)切削試驗采用專門夾具，切削時間比約為O. 15。所用刀具為上述材料制作的陶瓷刀具及未采用本發(fā)明陶瓷刀具材料制作的普通陶瓷刀具，刀具幾何角度為CO = -5b，AO = 5b，KS = -5b, Jr = 75b, bCliCOl = 0. 2mmi(-20b), rE = 0. 3mm(連續(xù)切削)，rE = 0. 6mm(斷續(xù)切削)，采用干式切削。試驗結(jié)果表明，采用本發(fā)明陶瓷刀具材料制作的陶瓷刀具與未采用本發(fā)明陶瓷刀具材料制作的普通陶瓷刀具相比抗破碎性能提高20%。
權(quán)利要求
1.一種陶瓷刀具材料，其組成成分包括Al2O3粉末、WC粉末和TiC粉末，其特征在于，所述陶瓷刀具材料還包括稀土添加劑。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的陶瓷刀具材料，其特征在于所述稀土添加劑為含釔稀土添加劑。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的陶瓷刀具材料，其特征在于所述含釔稀土添加劑占刀具材料總重量的O. 1% I. 0%。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的陶瓷刀具材料，其特征在于所述Al2O3粉末的直徑為O.8 μ m。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的陶瓷刀具材料，其特征在于所述WC粉末和TiC粉末的直徑為L 5 μ m0
6.一種陶瓷刀具材料的制備方法，其特征在于，包含以下步驟 步驟I :將Al2O3粉末、WC粉末和TiC粉末混合，得到原料混合物 步驟2 :向所述原料混合物中添加稀土添加劑； 步驟3 :以無水乙醇為介質(zhì)，將混合有稀土添加劑的原料混合物經(jīng)濕式球磨100小時，得到料漿； 步驟4 :將所述料漿經(jīng)真空干燥并在氮氣流中過篩，得到粉料； 步驟5 :將所述粉料熱壓成型。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的陶瓷刀具材料的制備方法，其特征在于所述稀土添加劑為含釔稀土添加劑。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的陶瓷刀具材料的制備方法，其特征在于所述含釔稀土添加劑占所述原料混合物總重量的O. 1% I. 0%。
9.根據(jù)權(quán)利要求7所述的陶瓷刀具材料的制備方法，其特征在于所述Al2O3粉末的直徑為O. 8 μ m。
10.根據(jù)權(quán)利要求7所述的陶瓷刀具材料的制備方法，其特征在于所述WC粉末和TiC粉末的直徑為1.5μπι。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種新型陶瓷刀具材料及其制備方法。該陶瓷刀具材料含有Al2O3、WC、TiC及稀土添加劑。該陶瓷刀具材料的制備方法包括步驟1將Al2O3粉末、WC粉末、TiC粉末混合，得到原料混合物；步驟2向所述原料混合物中添加稀土添加劑；步驟3以無水乙醇為介質(zhì)，將混合有稀土添加劑的原料混合物經(jīng)濕式球磨100h，得到料漿；步驟4將上述料漿經(jīng)真空干燥并在氮氣流中過篩，得到粉料；步驟5將粉料熱壓成型。該陶瓷刀具材料所制備的陶瓷刀具具有抗彎強度高、斷裂韌性大、硬度高、耐磨性能好等明顯優(yōu)勢。該方法工藝簡單，生產(chǎn)效率高，適合大規(guī)模生產(chǎn)。
文檔編號C04B35/10GK102653467SQ20121013200
公開日2012年9月5日 申請日期2012年4月28日 優(yōu)先權(quán)日2012年4月28日
發(fā)明者曾維松 申請人:成都鑫三洋科技發(fā)展有限公司